9. Действия электрического тока

Тепловое действие

Е сли в металлическом проводнике течет ток, то электроны продвигаются между отдельными атомами. Энергия движения электронов передается атомам. Атомы начинают колебаться и тем самым генерировать тепло (рис. 1). Мерой «тепловых колебаний» является температура проводника.

Рис. 1. Тепловые колебания молекул

В любом обтекаемом током проводнике генерируется тепло.

Световое действие

Тонкие провода из металла настолько сильно разогреваются электрическим током, что при этом раскаляются. Выход света тем больше, чем выше температура спирали накаливания. Поэтому применяются металлы, имеющие высокую температуру плавления, например, вольфрам. Чтобы спираль накаливания не окислялась, перед накаливанием её помещают в вакуум или в среду защитного газа (например, в азот, криптон). Лампы накаливания являются тепловыми излучателями.

При прохождении тока через газы свет генерируется в результате столкновения друг с другом заряженных частиц газа.

Газоразрядные лампы, например, люминесцентные лампы (рис. 2), имеют более высокий КПД, чем лампы накаливания, так как обладают меньшей теплопотерей. Газоразрядные лампы являются холодными излучателями.

Химическое действие

Токопроводящие жидкости называются электролитами. При прохождении тока они распадаются на свои основные составные части. Этот процесс называется электролизом.

Электролитами являются кислоты, основания, соли и оксиды металлов в водном растворе или в расплавленном состоянии. Основные составные части, образующиеся в результате распада при прохождении тока, движутся к точкам подвода электрического тока (электродам) и осаждаются на них. Это действие электрического тока применяется, например, при меднении (рис. 3). Этот процесс называется гальванизацией.

Магнитное действие

В любом обтекаемом током проводнике возникает магнитное поле.

О бтекаемый током проводник может отклонять магнитную стрелку от направления с севера на юг, т.е. от обтекаемого током проводника исходит магнитная сила (рис. 4). Направление действия этой силы зависит от направления тока в проводнике. Это электромагнитное явление применяется в том числе в электрических машинах.

Рис. 3. Химическое действие Рис. 4. Магнитное действие

Физиологическое действие

Под физиологическим действием электрического тока понимаются его воздействия на живых существ.

При прикосновении к источникам напряжения через человеческое тело может пройти электрический ток. Электрический ток оказывает «электризующее» воздействие, человека «ударяет» электрическим током. Это действие тока применяется в том числе в устройствах для отпугивания грызунов.

10. Защита от угрозы поражения электрическим током

Электрический ток представляет опасность для жизни людей и животных.

Протекание по телу человека тока силой более 50 мA уже может привести к смерти. Переменные напряжения свыше 50 В уже могут генерировать в теле человека токи, опасные для жизни.

В

В

иды неисправностей (рис. 1). В электрических установках могут происходить замыкание на массу, короткое замыкание, замыкание между проводниками и замыкание на землю.

Рис. 1. Виды неисправностей

Прямое и косвенное прикосновение

Прямое прикосновение (рис. 2) имеет место при непосредственном прикосновении к приборам и проводам, находящимся под напряжением. Чтобы предотвратить прямое прикосновение, находящиеся под напряжением части должны быть снабжены изоляцией и защитными кожухами.

Средства защиты от прямого прикосновения направлены на предотвращение прикосновения к электрическим проводникам и частям, находящимся под напряжением.

Косвенное прикосновение (рис. 3) имеет место при прикосновении к частям приборов, которые не должны быть, но вследствие какой-либо неисправности оказались под напряжением. К примеру, это может случиться, если корпус прибора окажется под напряжением вследствие неисправности изоляции.

Рис. 2. Прямое прикосновение Рис. 3. Косвенное прикосновение

Меры по защите от прямого прикосновения направлены на предотвращение возникновения таких неисправностей приборов, при которых их части могут оказаться под недопустимо высоким напряжением.

Средства защиты, независимые от электрической сети

В случае неисправности не требуется отключать прибор; эти средства защиты работают без использования защитного провода. К средствам защиты, независмым от электрической сети, относятся защитная изоляция, безопасное низкое напряжение и защитное разделение.

З ащитная изоляция (рис. 4). Все части, которые в случае неисправности могут оказаться под напряжением относительно земли, помимо основной изоляции дополнительно закрываются сверху изоляционным кожухом или отделяются от токопроводящей части прибора посредством изоляционных прокладок.

Рис. 4. Защитная изоляция

Безопасное низкое напряжение (рис. 5). Безопасные низкие напряжения – это переменные напряжения до 50 В. Они должны генерироваться посредством трансформаторов или вращающихся преобразователей, при этом со стороны выхода низкого напряжения не должно быть никаких токопроводящих соединений с сетью питания.

Рис. 5. Безопасное низкое напряжение

* PEN = защитное заземление (PE) + ноль (N)

Защитное разделение (рис. 6). Между сетью питания и нагрузкой включается трансформатор, который со стороны выхода не соединен с землей, т.е. в случае неисправности между прибором и землей не будет напряжения. Разделительный трансформатор чаще всего имеет коэффициент трансформации 1: 1, т.е. он не изменяет величину напряжения.

Рис. 5. Защитное разделение

Средства защиты, зависимые от электрической сети

Эти средства защиты работают только с защитным проводом PE (защитное заземление). В качестве защиты применяются устройства защиты от перегрузки по току (предохранители, линейные защитные автоматы) и автоматы защитного отключения тока утечки (защитные выключатели тока утечки), которые в случае неисправности отсекают прибор от электрической сети.

Защита с помощью устройств защиты от перегрузки по току

Этот вид защиты раньше назывался «зануление». Генератор напряжения заземляется напрямую. Токопроводящие части корпуса и прибора соединяются с землей генератора напряжения через защитный провод PE (имеет изоляцию желто-зеленого цвета). В случае неисправности замыкание на массу приводит к короткому замыканию, которое через заданное время вызывает срабатывание устройств защиты от перегрузки по току (например, предохранителей, линейных защитных автоматов) и отсекает прибор от электрической сети (рис. 1).

Рис. 1. Устройства защиты от перегрузки по току

В переносных приборах, к которым электроэнергия подается через штепсельный разъем, защитный провод PE должен быть соединен с соответствующими защитными контактами штепсельной вилки или розетки (Рис. 2).

Нагрузка

Корпус

Защитные контакты

Рис. 2. Переносная нагрузка с защитным проводом

Автоматы защитного отключения тока утечки (рис. 3). Их задача состоит в том, чтобы в случае неисправности в течение 0,2 с отключить все провода на входе нагрузки. Все провода (например, L1, N), идущие от электрической сети к защищаемому прибору, проводятся через суммирующий трансформатор тока. Защитный провод PE не проводится через суммирующий трансформатор тока.

Пока нет никакой неисправности, входной ток (I_L) равен выходному току (I_N), т.е. магнитные поля, возникающие в обтекаемых током катушках, взаимно компенсируют свое действие в суммирующем трансформаторе тока.

В случае неисправности по защитному проводу PE течет частичный ток (ток утечки I_F), т.е. токи в суммирующем трансформаторе тока (I_L, I_N) не равны между собой по величине.

Магнитные поля в обтекаемых током катушках уже не компенсируют свое действие. В выходной обмотке суммирующего трансформатора индуцируется напряжение, которое включает реле защелки и отсекает от электрической сети все провода на входах нагрузок. С помощью контрольной кнопки P можно проверить исправность защитного выключателя тока утечки.

ВОПРОСЫ НА ПОВТОРЕНИЕ

1. Какая связь в электрической цепи описывается законом Ома?

2. От каких величин зависит электрическая мощность?

3. От каких величин зависит работа электрического тока?

4. Какие единицы применяются для измерения работы электрического тока?

5. Что понимается под коэффициентом полезного действия?

6. Почему КПД всегда меньше 1?

7. Как ведут себя напряжение и ток в при последовательном соединении?

8. Каково отношение между полным сопротивлением и частичными сопротивлениями при параллельном соединении?

9. Какие действия может производить электрический ток?

10. Какие виды неисправностей могут происходить в электрических установках?